Российские физики приблизились к разгадке таинственного явления

Настоящие охотники за высотными вспышками – «духами воздуха» (или спрайтами) из Института прикладной физики РАН воссоздали объект своего изучения в лаборатории. В небольшой вакуумной камере они поймали мимолетного «духа», просуществовавшего сотые доли секунды, подобного тем, что обычно возникают на высотах выше 50 километров над Землей, над грозовыми тучами. О том, какие еще «сущности» могут появляться на небе, зачем их надо исследовать, мы побеседовали с автором проекта, кандидатом физико-математических наук Андреем Евтушенко.

Еще лет 30 назад того, кто описывал подобные явления, могли назвать чудаком, потому что мало кто верил в существование «спрайтов» (от лат spiritus – "дух"), эльфов и прочих атмосферных сказочных персонажей. Есть две причины того, что странным высотным вспышкам долго удавалось скрываться от ученых. Во-первых, их почти невозможно увидеть простым глазом, потому что они весьма короткоживущие, то есть, происходят за 10-15 миллисекунд, что более мимолетно, чем смена 25-го кадра. Во-вторых, они вспыхивают только по ту сторону туч, и чтобы зафиксировать их при помощи самой высокоскоростной камеры, надо еще найти удобное положение, к примеру, случайно оказаться на летящем над тучами самолете. В-третьих, современные видеокамеры, способные «поймать» эти удивительные вспышки, появились сравнительно недавно. 

Первым открыл высотные вспышки профессор Джон Рандольф Уинклер, 73-летний ветеран NASA. Это случилось в 1989 году. Ученый направил видеокамеру на грозовые облака, а потом, просматривая пленку кадр за кадром, обнаружил яркие вспышки, которые в отличие от обычных молний происходили над тучами. «Шоу» происходило между 14 и 40 километрами над поверхностью Земли.

После того, как открытие Уинклера подтвердили другие исследователи, начался бум исследований в этой области. Вскоре выяснилось, что «обитателей» обратной стороны туч множество: их классифицировали (по мере увеличения высоты их образования и формы) на джеты, спрайты, гало и эльфов.

– Андрей Александрович, давайте разберемся сначала со всеми этими явлениями, чем они отличаются друг от друга?

– Начнем с тех, что возникают ниже всех остальных. Это джеты (от англ «jet” - струя) – высотные вспышки, которые еще называют молниями наоборот, которые разряжаются от тучи не в сторону земли, а в сторону неба. Для джетов характерен голубой цвет (он зависит от плотности атмосферы на тех высотах, где возникают вспышки). Джеты делятся на голубые стартеры, которые «выстреливают» до 20-25 километров вверх, на классические джеты, которые достигают 50 километров, и на гигантские джеты, которые могут простираться до 90 км). На высотах от 50 до 90 км появляются спрайты, которые имеют уже красный или розовый цвета. Эти вспышки напрямую зависят от родительской обычной молнии (они являются как бы ее отголоском с обратной стороны грозовой тучи). Они тоже бывают разными. За внешнее сходство одних с медузами, «щупальца» которых направлены к земле, их так и называют – «jellyfish sprite”. Другие по форме больше напоминают морковку – «carrot  sprite”. Есть еще гало — диффузное, рассеянное свечение, образующееся вместо спрайта.  И наконец, эльфы. Они тоже возникают на больших высотах около 85-90 км, имеют красный цвет и представляют собой реакцию атмосферы на электромагнитный импульс, идущий от разряда обычной молнии. Заметить «эльфа» еще труднее, чем джеты и спрайты, – он возникает, в среднем, на одну миллисекунду. Но благодаря высокоскоростным камерам, которые их снимали, мы знаем, что это – радиально расходящееся кольцо на высотах около 90 км, эдакая расширяющая светящаяся баранка.

– Почему вы выбрали объектом своих исследований именно спрайты?

- Они возникают чаще, чем другие явления. К тому же наша работа по разработке карты спрайтов и их моделирования началась не на голом месте, – до этого мы исследовали обычные молнии и токи, возникающие в атмосфере. А спрайты напрямую зависят от них (чего нельзя сказать о джетах, которые рождаются сами по себе).

– Расскажите про моделирование спрайта в лабораторных условиях. Как вам это удалось?

– Мы соорудили вакуумную камеру объемом в 4 кубических метра, установили в ней два электрода для подведения потенциала и создали давление, близкое к тому, что возникает в мезосфере, там, где рождаются природные спрайты (оно в несколько тысяч раз меньше, чем то, в котором живем мы с вами). Но тонкость в том, что в природе давление на разный участках распространения разряда – разное. Оттого спрайты и принимают вид то медузы, то морковки. И чтобы достичь сходства, мы тоже поставили для себя цель: создать в нашей установке перепады давления.  

– И какой спрайт у вас в итоге получился? 

– Наш скорей был похож на морковку.

– Где же в природе можно встретить больше спрайтов?

– Различные высотные вспышки чаще встречаются в тропиках и субтропиках, где происходят самые активные конвекционные события (активный вертикальный теплообмен в атмосфере — Авт.). Это Карибы, юго-восточная Азия, Африка, Средиземноморье.

– В России зафиксировать спрайт невозможно?

– Иногда они встречаются и в наших широтах. Один мой коллега как-то сделала фото спрайта из Москвы. Правда, туча, над которой он возник, находилась в тот момент примерно над Тверью.

– Как это возможно, – зафиксировать вспышку на таком расстоянии?!

– Такие события только таким способом и «ловят». Чтобы поймать спрайт (или джет), нужно находиться там, где нет грозы и чистое небо над головой. Смотреть нужно туда, где на расстоянии примерно в 100-200 км наблюдается мощная грозовая активность. Тогда будут высокие шансы высокочувствительной камерой снять спрайт.